Description du sujet de thèse

Titre: Architecture de puissance et fonctionnalités auxiliaires des systèmes de stockage sur réseau MVDC avec diverses contraintes

Les contraintes suivantes seront prises en compte :
- Architecture de puissance modulaire à haute disponibilité
-Contrôle robuste de la puissance, gestion des niveaux de tension capacitifs intégrant les couplages internes dus à la topologie choisie
- Intégration de batteries de différentes durées de vie
- Gestion thermique des modules de puissance
- Gestion distribuée intelligente du réseau MVDC (rétablissement de la tension, états d'équilibre de charge des systèmes de stockage distribués,...)
- Qualité du réseau en présence de charges non linéaires, filtrage de la puissance transitoire
- Contribution au contrôle primaire/secondaire du réseau MVDC

Les laboratoires IREENA, LEMTA et GREEN se positionnent sur le développement de solutions pour l'intégration des technologies de stockage électrochimique dans le réseau moyenne tension (MVDC) à travers des solutions modulaires d'électronique de puissance sous contraintes d'exploitation. Ce type d'unités destinées aux services de réseau tels que le filtrage de la puissance transitoire et la gestion distribuée des SoC peut également assurer le contrôle de la tension du réseau MVDC (convertisseur de formation de réseau). Les questions techniques intrinsèques à la structure (couplages électriques, gestion thermique, gestion des perturbations EMC, équilibre des tensions et du SoC,...) et externes telles que les fonctions de support du réseau, la détection des défauts du réseau et la résilience aux défauts du réseau MVDC sont les points clés de cette recherche. La recherche proposée comprend les tâches suivantes :
- Un état de l'art sur les architectures modulaires isolées ou non isolées répondant aux spécifications du lot 1 (configuration série-sortie-parallèle (ISOP) basée sur DAB (DAB-ISOP), convertisseurs c.c. isolés modulaires-multi-niveaux (MMDC), transformateurs à semi-conducteurs DCSST, MDCSST, ....[1-5]).

- La topologie choisie et son contrôle (contrôle de la puissance échangée, gestion des tensions flottantes, performances dynamiques, robustesse, gestion thermique des modules de puissance...) devront être modulaires et à haute disponibilité. Elle doit garantir la continuité du service suite à des défaillances du côté du stockage ou des composants de l'électronique de puissance
- Modélisation et dimensionnement optimisé de la topologie sélectionnée

- Gestion des états de charge : L'équilibrage des états de charge dans une structure moyenne tension à plusieurs niveaux peut être envisagé. Cependant, dans le cas de l'intégration d'unités de stockage ayant un vieillissement différent (batteries de seconde vie), des solutions adaptées doivent être développées

- Qualité de l'énergie et services au réseau : les contrôles pour le fonctionnement en grid following ou en grid forming seront étudiés, en particulier leur impact sur les critères de qualité du réseau MVDC, sur la stabilité, sur la possibilité de mettre en œuvre un contrôle intelligent de tous les systèmes interconnectés via le bus MVDC (par exemple, si plusieurs systèmes de stockage sont utilisés, la recherche d'un consensus sur les états de charges, sur les coûts de production, etc. peut être envisagée).

La validation de ce travail peut se faire en partie sur un banc expérimental à échelle réduite et ensuite sur un système HIL dans les laboratoires IREENA/LEMTA.

References
1-Shanshan Zhao and all, Three-Port Bidirectional Operation Scheme of Modular-Multilevel DC–DC Converters Interconnecting MVDC and LVDC Grids, Ref 7342 IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 36, NO. 7, JULY 2021, ‘’
2-Yizhan Zhuang and all, A Multiport DC Solid-State Transformer for MVDC Integration Interface of Multiple Distributed Energy , Sources and DC Loads in Distribution Network, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 37, NO. 2, FEBRUARY 2022 2283,
3-Xin Xiang and all, Analysis and Criterion for Inherent Balance Capability in Modular Multilevel DC–AC–DC Converters, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 35, NO. 6, JUNE 2020 5573, vol 282
4-QianXiao and all, Modular multilevel converter based multi-terminal hybrid AC/DC microgrid with improved energy control method, Aplied Energy, 15 january 2021
5-Stephan P. Engel and all, Comarison of the modular multilevel DC converter and the dual Active bridge Converter for Power conversion in HVDC and MVDC grids, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 30, NO. 1, January 2015

Contexte de travail

Cette thèse s'effectue en partenariat avec trois laboratoires à savoir le LEMTA, le GREEN et l'IREENA. Le doctorant effectuera sa thèse au LEMTA mais des périodes de courte durée (1 à 2 semaines) seront effectuées à l'IREENA (Saint-Nazaire).
Cette thèse est financée via le projet ciblé DC-Architect du PEPR TASE.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.